變頻器在各行各業(yè)中的各種設備上迅速普及應用，已成為當今節(jié)電、改造傳統(tǒng)工業(yè)、改善工藝流程、提高生產(chǎn)過程自動化水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及推動技術進步的主要手段之一，是國民經(jīng)濟和生活中普遍需要的新技術。但是現(xiàn)有變頻器的調(diào)制算法尚存在一些缺點，如開關損耗大和共模電流大等，因此有必要研究和設計高性能調(diào)制算法的變頻控制器。鑒于此，開展了以下工業(yè)變頻器高性能調(diào)制算法為對象的研究內(nèi)容： 在闡述了工業(yè)變頻器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、調(diào)制算法、調(diào)速算法的基礎上，結(jié)合數(shù)學模型，分析了共模電壓產(chǎn)生的原理、共模電流其影響和危害，給出了共模電壓和共模電流的關系?？偨Y(jié)其他的抑制共模電壓的方案基礎上，提出一種新的共模電壓抑制SVPWM；還闡述了死區(qū)產(chǎn)生的原因及其影響，以及死區(qū)補償?shù)脑聿⑸鲜鰞蓚€調(diào)制算法利用MATLAB/SIMULINK軟件對該系統(tǒng)給予了全面的仿真分析。 變頻器硬件部分設計包括整流濾波電路、逆變器功率電路、上電保護電路、DSP控制系統(tǒng)及其外圍電路、IGBT驅(qū)動及保護電路以及反激式開關電源，對于傳感器檢測濾波電路的具體電路參數(shù)設計，是在PSPICE上仿真基礎上得出。并在考慮成本、EMC、效率等因素后考慮完成了所有硬件相關的原理圖繪制和PCB繪制； 變頻器軟件部分設計包括主程序、鍵盤掃描程序、系統(tǒng)狀態(tài)處理程序、PWM發(fā)送中斷程序、電機啟動函數(shù)、電壓調(diào)整程序、AD采樣中斷程序以及故障保護中斷程序。在實現(xiàn)一般SVPWM的基礎上，根據(jù)之前理論和仿真得到的共模電壓抑制SVPWM、以及死區(qū)補償算法，將這兩個對SVPWM進行改進的調(diào)制算法在硬件平臺上實現(xiàn)。 在硬件電路完成設計的各個階段，逐漸編制相應的控制程序，并進行調(diào)試，并完成整個程序的編制和調(diào)試。此外，還調(diào)試了系統(tǒng)所需的反激式開關電源。整個系統(tǒng)調(diào)試中遇到了很多問題，如鍵盤消除抖動問題、共模電壓抑制SVPWM出現(xiàn)的直通現(xiàn)象等。最終完成了工業(yè)變頻器樣機，并且采用的是文章中研究的調(diào)制算法，效果良好，達到設計的目的； 提出了一種將有源功率因數(shù)校正(PFC)技術引用到串級調(diào)速中來提高定子側(cè)功率因數(shù)的新方法。通過建立電動機折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的等值電路，重點分析了有源PFC技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)串級調(diào)速系統(tǒng)中的不控整流橋后，系統(tǒng)可以等效為轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。得到了等效串電阻的計算公式和變化趨勢，對電動機功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩脈動也進行了分析，發(fā)現(xiàn)能夠比傳統(tǒng)串級調(diào)速時有所提升。鑒于電動機轉(zhuǎn)子側(cè)電勢頻率非常低，分析了有源PFC的具體實現(xiàn)的特殊考慮和參數(shù)選取方法，并基于對稱平衡的Scott變壓器和兩個單相有源PFC電路實現(xiàn)了繞線電動機轉(zhuǎn)子側(cè)的三相有源低頻PFC，得到超低紋波的直流輸出電壓。利用MATLAB建立了完整的仿真平臺，所得結(jié)果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-07-09
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果園收獲作業(yè)機械化、自動化是廣大果農(nóng)們關注的熱點問題，開展果樹采摘機器人研究，不僅對于適應市場需求、降低勞動強度、提高經(jīng)濟效率有著一定的現(xiàn)實意義，而且對于跟蹤世界農(nóng)業(yè)新技術、促進我國農(nóng)業(yè)科技進步，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程有著重大的歷史意義。 果樹采摘機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，它是由機械手固定在履帶式移動平臺上構(gòu)成的一類特殊的移動機器人系統(tǒng)。本文在國家“863”高技術項目“果樹采摘機器人關鍵技術研究”支持下，以自行設計的機器人機械結(jié)構(gòu)為研究對象，對果樹采摘機器人的控制系統(tǒng)進行了分析、研究和設計，設計了視覺伺服控制器，并對采摘機器人避障技術進行了探討。主要工作如下： 首先，分析了果樹采摘機器人機械結(jié)構(gòu)，介紹了機器人運動學理論，根據(jù)自行設計的5自由度機械臂機械特性，采用幾何結(jié)構(gòu)算法，建立了果樹采摘機器人機械臂的正、逆運動學方程。 其次，基于開放、先進和可靠的考慮，采用開放式結(jié)構(gòu)設計機器人的控制系統(tǒng)。在開放式控制系統(tǒng)設計中，主要對果樹采摘機器人硬件組成部分主控計算機、運動控制器、數(shù)據(jù)采集卡等進行了選型設計。在分析果樹采摘機器人工作環(huán)境和工作特性的基礎上，設計了果樹采摘機器人的外圍傳感器。 再次，根據(jù)果樹采摘機器人機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，設計了PID控制器，應用于機器人視覺伺服控制，實現(xiàn)果樹采摘機器人的實時控制。在詳細論述關節(jié)式機器人避障方法的基礎上，對果樹采摘機器人避障方法進行了初步的探討，提出了采用C—空間法實現(xiàn)采摘機器人實時避障。 最后，建立了傳感器實驗平臺，通過實驗驗證了所設計傳感器的正確性。利用固高PAN&TILT兩維數(shù)控轉(zhuǎn)臺和實地拍攝的蘋果圖像，對所提出的控制方法通過轉(zhuǎn)臺控制實驗進行了驗證。
上傳時間： 2013-08-05
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開關損耗及其帶來的散熱問題限制了變流器開關頻率的提高，從而限制了變流器的小型化和輕量化。軟開關技術能夠有效的降低開關損耗，提高變流器的效率和開關頻率，被廣泛的應用在各種大功率開關電源場合。 本文首先對軟開關技術進行了一個概述，介紹了軟開關技術的工作原理及發(fā)展歷史，特別提到了最新的控制型軟開關技術。在第二章中，針對課題，著重講述了全橋電路。作為對比，首先分析了全橋硬開關電路的工作原理和開關損耗。然后，分析了全橋軟開關兩種常見的實現(xiàn)方法：ZVS和ZVZCS，并針對幾種常見拓撲，詳細對比了它們的工作原理，軟開關實現(xiàn)方法，軟開關實現(xiàn)效果，軟開關實現(xiàn)范圍和總體效率，指出了它們的優(yōu)缺點和各自適合的應用領域。在第三章中，首先介紹了全橋軟開關的兩種控制策略：移相全橋和有限雙極性，從實現(xiàn)方法和對軟開關效果的影響兩個方面，做出比較。然后介紹了開關電源常見的三種控制方式：電壓模式控制、峰值電流模式和平均電流模式控制，其中詳細介紹了平均電流模式控制，給出了設計思想和步驟。最后，給出了全橋軟開關電路的小信號模型，分析了軟開關技術的引入對傳統(tǒng)PWM硬開關全橋電路小信號模型的影響。第四章給出了5kW電力操作電源的具體設計步驟，如方案選擇，磁設計、控制環(huán)路設計、副邊整流電壓尖峰吸收等關鍵步驟。第五章分析了實驗波形和實驗數(shù)據(jù)，驗證了上述理論和設計的正確性。
上傳時間： 2013-05-22
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基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡技術研究是自動控制領域發(fā)展的一個熱點。在各種工業(yè)現(xiàn)場總線中，CAN總線以其成本低、速度快、實時性和可靠性較高等特點被廣泛應用于各領域。CIA(CAN in Automation)協(xié)會發(fā)布了完整的CANopen協(xié)議，定義了應用層和通訊子協(xié)議，為基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)的廣泛應用提供了解決之道。 本文研究國內(nèi)外現(xiàn)場總線發(fā)展現(xiàn)狀后，以改善現(xiàn)場總線網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)的運行效率，提高實時性和信息處理能力為前提，淺析CAN總線高層通訊協(xié)議CANopen，分析了主、從節(jié)點的各個功能，說明了功能的設計和實現(xiàn)方案。 然后，本文將CANopen協(xié)議應用于分布式控制系統(tǒng)，詳細論述了基于PIC18控制器的從節(jié)點和基于DSP控制器的主節(jié)點的實現(xiàn)過程。主、從節(jié)點具有基于CANopen協(xié)議的總線通信功能。從節(jié)點具有數(shù)字量和模擬量輸入輸出功能。主節(jié)點可以通過鍵盤對各節(jié)點運行狀態(tài)和各節(jié)點參數(shù)進行調(diào)整，還可以通過液晶屏顯示實時控制量和各節(jié)點運行狀態(tài)。PC機能在線監(jiān)測CAN報文數(shù)據(jù)流。本文對兩種類型節(jié)點的設計思想、硬件組成和軟件設計均做了詳盡的闡述，并給出了部分關鍵硬件原理圖和軟件流程圖。 最后，把已開發(fā)的從節(jié)點和主節(jié)點組成一個溫度測控系統(tǒng)和一個電機控制系統(tǒng)。經(jīng)過實驗室測試，證明系統(tǒng)具有良好的實時性，通訊穩(wěn)定可靠，解決了傳統(tǒng)CAN總線節(jié)點通訊可控性差，無法靈活設置的問題。對目前國內(nèi)CAN總線應用中大多把精力放在硬件之上的底層軟件開發(fā)，少有使用上層軟件協(xié)議的習慣，起到了一定的推動意義，提高了應用水平。
標簽： CANopen 協(xié)議 分布式控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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由于下一代微處理器的工作電壓越來越低，所需電流越來越大，現(xiàn)有的5V、12V輸入的電壓調(diào)節(jié)模塊（VRM）已經(jīng)不能滿足它的要求了，因此把VRM的輸入母線電壓提高到48V是必然的趨勢。這樣做能夠減小輸入電流從而使得母線損耗減小，有利于效率提高，同時可以大大減小輸入濾波器體積。 本課題首先分析了VRM的發(fā)展現(xiàn)狀和常用拓撲，以及未來的發(fā)展趨勢，并在此基礎上介紹了級聯(lián)式流饋推挽DC/DC變換器的概念。接著，具體分析了Buck與推挽級聯(lián)式流饋DC/DC變換器、雙通道交錯并聯(lián)型Buck與推挽級聯(lián)式流饋DC/DC變換器的原理和工作過程。再接著，分別介紹了Buck與推挽級聯(lián)式流饋DC/DC變換器、雙通道交錯并聯(lián)型Buck與推挽級聯(lián)式流饋DC/DC變換器及其控制同路的建模和設計方法，并給出設計實例。最后，分別用這兩種拓撲結(jié)構(gòu)制作了兩臺48V輸入、3．3V/10A輸出的樣機，并對兩者進行了一定的實驗比較研究，以驗證設計的有效性。
上傳時間： 2013-07-29
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開關電源以其效率高、功率密度高在電源領域中占主導地位。開關電源多數(shù)是通過整流器與電力網(wǎng)相接的，經(jīng)典的整流器是由二極管或晶閘管組成的一個非線性電路，其輸入電流波形呈脈沖狀，交流網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)很低，在電網(wǎng)中會產(chǎn)生大量的電流諧波和無功功率而污染電網(wǎng)，成為電力公害。開關電源己成為電網(wǎng)最主要的諧波源之一。因此，進行網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正成為目前研究的熱點之一。目前研究和應用得較多的高功率因數(shù)變換器要用兩級：DC／DC開關變換器串聯(lián)。這種電路的最大缺點是需要多個元器件、成本高、效率低，尤其在中小功率場合應用時很不經(jīng)濟?，F(xiàn)在國內(nèi)外正在開發(fā)研究單級功率因數(shù)校正電路，具有很高的功率因數(shù)且成本低。因而研究單級功率因數(shù)校正及變換技術對抑制諧波污染、開創(chuàng)綠色電源以及實現(xiàn)當今開關電源的小型輕量化具有重大意義。 近年來隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，人們對開關電源的需求與日俱增，開關電源。PFC(Power Factor Correction)集成控制器己成為發(fā)展前景十分誘人的朝陽產(chǎn)業(yè)。隨著開關電源的廣泛應用，開關電源PFC集成控制器顯示出了強大的生命力，它具有集成度高、性價比高、外圍電路簡單和性能指標優(yōu)良等優(yōu)點，現(xiàn)已成為開發(fā)各類電源及開關電源模塊的優(yōu)選集成電路。 本文首先闡述了電網(wǎng)污染的危害、功率因數(shù)的定義，總結(jié)了各種功率因數(shù)校正變換器的典型拓撲，對各種拓撲的特點、應用場合及控制方法作了比較分析，著重詳細介紹了反激拓撲的功率因數(shù)校正變換器的應用及優(yōu)缺點。最后采用功率因數(shù)校正芯片SA7527進行了一個小功率電源的功率因數(shù)校正的設計，用實驗驗證了該設計的可行性，結(jié)果顯示功率因數(shù)能達到0.95左右，達到了較好的功率因數(shù)校正效果。
標簽： 開關電源 功率因數(shù)校正
上傳時間： 2013-06-30
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隨著能源的緊張和環(huán)境污染日益嚴重，開發(fā)和利用太陽能已受到越來越多的重視。通過光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，并將電能輸送到電網(wǎng)上，是太陽能利用的主要形式。 本文對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制策略進行了深入的研究。首先，分析了太陽能電池發(fā)電的基本原理，得出了太陽能電池的等效模型，通過分析太陽能電池的I-V特性，可以看出太陽能電池是一非線性電源，而且輸出電能受環(huán)境溫度和光照強度的影響，為了使太陽能電池能夠最大效率地將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，需要對其進行最大功率點跟蹤。通過分析和對比各種最大功率點跟蹤方法的優(yōu)缺點，采用了改進擾動觀察法結(jié)合BOOST升壓電路來對電池板進行最大功率點跟蹤的方案。其次，分析對比并網(wǎng)電流的各種控制方式，確定采用滯環(huán)比較方式對并網(wǎng)電流進行控制，為了使并網(wǎng)電流穩(wěn)定可靠地向電網(wǎng)送電，采用雙閉環(huán)控制策略對并網(wǎng)逆變器進行控制，使逆變器輸出電流能與電網(wǎng)電壓同頻同相，以單位功率因數(shù)向電網(wǎng)輸電。最后，對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應進行了研究，介紹了各種孤島檢測方法，分析了基于正反饋的主動移頻式孤島檢測方法(AFDPF)的參數(shù)優(yōu)化方案，為AFDPF檢測盲區(qū)的分析提供理論依據(jù)。 本文在MATLAB/Simulink仿真環(huán)境下，利用SimPowerSystems功能模塊建立了仿真模型，對太陽能電池板的數(shù)學模型，最大功率點跟蹤控制策略，并網(wǎng)控制策略進行驗證仿真。仿真結(jié)果證明了本文的方案和控制策略的正確性。
標簽： 光伏并網(wǎng) 發(fā)電系統(tǒng) 控制策略
上傳時間： 2013-07-14
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隨著電力電子技術的發(fā)展，開關電源的小型化、高頻化成為趨勢，其中各個部分工作時的電磁干擾問題也越來越嚴重，因此開關電源的電磁兼容性也越來越引起人們的重視。目前，軟開關技術因其能減少開關損耗和提高效率，在開關電源中應用越來越廣泛。本文的主要目的是針對開關電源中的電磁干擾進行分析，研究軟開關技術對電磁干擾的影響，并且提出一種抑制共模干擾的濾波方法。 本文首先介紹了電磁兼容的定義、開關電源EMI的特點，論述了開關電源中EMI的研究現(xiàn)狀。從電磁干擾的三要素出發(fā)，介紹了開關電源中電磁干擾的干擾源和干擾的耦合通路。分析了電感、電容、高頻變壓器等器件的高頻特性，并介紹了線性阻抗穩(wěn)定系統(tǒng)(LISN)的定義和作用。在了解了軟開關基本概念的基礎上，本文以全橋變換器為對象，介紹了移相全橋ZVS的工作原理，分析了它在實現(xiàn)過程中對共模干擾的影響，并在考慮IGBT寄生電容的情況下，對其共模干擾通道進行了分析。然后以UC3875為核心，設計了移相全橋ZVS的控制電路和主電路，實現(xiàn)了軟開關。為了對共模干擾進行抑制，本文提出了一種新型的有源和無源相結(jié)合的EMI濾波器，即無源部分采用匹配網(wǎng)絡法，將阻抗失配的影響降到最低；有源部分采用前饋控制，對共模電流進行補償。 針對以上提出的問題，本文通過Saber軟件對移相全橋ZVS進行了仿真，并和硬開關條件下的傳導干擾進行了比較，得出了在高頻段，ZVS的共模干擾小于硬開關，在較低頻段改善不大，甚至更加嚴重，而差模干擾有較大衰減的結(jié)論。通過對混合濾波器進行仿真，取得了良好的濾波效果，和傳統(tǒng)的無源EMI濾波器相比，在體積和重量上都有一定優(yōu)勢。
上傳時間： 2013-05-28
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隨著全球能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴重，開發(fā)利用清潔的可再生能源勢在必行。太陽能是當前世界上最清潔、最現(xiàn)實、大規(guī)模開發(fā)利用最有前景的可再生能源之一。其中太陽能光伏利用受到世界各國的普遍關注，而太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能光伏利用的主要發(fā)展趨勢，必將得到快速的發(fā)展。此外，高性能的數(shù)字信號處理芯片(DSP)的出現(xiàn)，使得一些先進的控制策略應用于光伏并網(wǎng)逆變器成為可能。本論文就是在此背景下，對太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的核心器件并網(wǎng)逆變器進行了較為深入的研究，具有重要的現(xiàn)實意義。 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的兩個核心部分是太陽能電池板的最大功率點跟蹤(MPPT)控制和光伏并網(wǎng)逆變控制。 首先，本文對太陽能電池的工作原理及工作特性進行介紹，詳細分析太陽能電池工作的等效電路和數(shù)學模型。 其次，本文對幾種傳統(tǒng)的最大功率點跟蹤(MPPT)控制算法進行了研究、分析和比較，提出各自優(yōu)缺點?；谧畲蠊β矢欉^程的快速性和穩(wěn)定性，設計采用改進的間歇掃描法來實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽能電池的最大功率輸出，以提高系統(tǒng)的性能和最大功率點跟蹤速度。 再次，針對既可獨立運行又可并網(wǎng)運行的單相光伏逆變器，本文采用有效值外環(huán)、瞬時值內(nèi)環(huán)的控制方法，既保證了逆變器輸出的靜態(tài)誤差為零，又保證了逆變器良好的輸出波形。給出了同時滿足獨立和并網(wǎng)兩種運行模式的輸出濾波器結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的計算過程，并通過仿真和實驗驗證了設計的合理性。 隨后，詳細討論了并網(wǎng)過程中的軟件鎖相環(huán)技術，對鎖相環(huán)電路的組成、工作原理進行了研究，實驗結(jié)果表明此方法可靠有效，能使逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓完全同相，達到功率因數(shù)為1的目的。 最后，采用TI公司的TMS320LF2407A作為主控芯片，研制完成1.5kW實驗樣機，分別得出了獨立運行和并網(wǎng)運行時的實驗結(jié)果，結(jié)果表明，所采用的控制策略和設計的硬件電路能夠滿足設計要求，系統(tǒng)可安全、穩(wěn)定運行。
標簽： 太陽能光伏 分 并網(wǎng)發(fā)電
上傳時間： 2013-05-18
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在能源枯竭環(huán)境污染日益嚴重的今天，光伏發(fā)電結(jié)合其自身的特點，日益得到各國的重視并將成為各國競向發(fā)展的熱點。而光伏并網(wǎng)發(fā)電又是光伏利用中的發(fā)展趨勢，基于此，本文對單相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行了研究，并設計了一臺1.5KW的單相光伏并網(wǎng)裝置。在對主電路拓撲、MPPT、防孤島效應、逆變并網(wǎng)控制方法詳細分析的基礎上，選用了一種雙重BOOST前級電壓匹配、后級全橋逆變的非隔離型的主電路拓撲結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有前級DC/DC變換控制簡單、中間直流母線電壓波動小、效率高、體積小等優(yōu)點。MPPT采用后級實現(xiàn)方式；防孤島效應采用有被動和主動兩種方式；逆變并網(wǎng)控制是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)，其功能作用是把前級的直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同頻同相的交流電與電網(wǎng)并聯(lián)，并使其輸出電流為單位功率因數(shù)、總諧波畸變率小于5％，本文對各種逆變并網(wǎng)控制策略分析比較的基礎上，采用了帶有電網(wǎng)電壓前饋補償?shù)乃矔r電流控制方式來實現(xiàn)。系統(tǒng)整體以UC3875和TMS320LF2812為控制核心，前級有UC3875進行雙環(huán)控制直流母線電壓，后級最大功率跟蹤、防孤島效應、逆變并網(wǎng)、并聯(lián)通訊及故障保護有TMS320LF2812來實現(xiàn)。本文總體工作包括詳細的理論分析、主電路設計、軟件及硬件電路的設計、調(diào)試及實驗波形分析等。
上傳時間： 2013-04-24
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